この設計では、シグナル チェーンのキャリブレーション用に非常に安定性の高い埋め込みツェナー リファレンスである REF81 を使用しています。高精度の抵抗デバイダ ネットワーク (RES11A) は、1V および 100mV の入力範囲用に追加の較正用線源信号を生成します (図 3-3を参照)。入力マルチプレクサ (MUX36) は入力信号、各入力範囲の較正用線源信号、グランドのいずれかを選択します。

図 3-3 TIDA-010970 キャリブレーション リファレンス ブロック図

10V 範囲の較正用線源は REF81 から直接派生しているため、この範囲は最も正確なキャリブレーション範囲となります。1V および 100mV の範囲の較正用線源は 10V 信号から生成されるため、精度はわずかに低くなります。1V および 100mV のソースを生成するために使用する高精度の抵抗デバイダに起因する誤差が存在します。このリファレンス デザインでは、ほぼフルスケールの信号を使用して、入力範囲全体にわたって較正された誤差を最大化します。

較正用線源は、シグナル チェーン全体をキャリブレーションします。測定間でキャリブレーションを繰り返すと、すべての測定から初期ゲイン誤差とオフセット誤差が連続的に除去されます。この連続キャリブレーションにより、オフセット誤差とゲイン誤差のドリフトも除去されます。したがって、システムに残る誤差は、シグナル チェーンのノイズと直線性、および較正用線源のドリフトだけです。長期ドリフトおよび温度ドリフトによる誤差を低減するために、較正用線源は時間と温度の変化に対して安定している必要があります。これは、シグナル チェーン全体の精度が較正用線源に依存するためです。安定した較正用線源により、主要な誤差発生源は非線形性とノイズとなります。セクション 3.2で説明しているように、部品を慎重に選択することで、これらの誤差発生源を低減します。

以下の手順に従って、連続キャリブレーション手順を実行します：ソフトウェアはこの手順を自動的に実装でき、正確な測定を行うにはキャリブレーション手順のフルサイクルが必要です。図 3-4 にこのプロセスを示します。

1. 入力をグランドに設定して、システムのオフセットを測定します。オフセット誤差を計算します。
2. マルチプレクサを再び入力に切り替えます。入力を測定し、オフセットを減算してゲインを乗算します。この手順の最初の繰り返しにおける最初の測定では、ゲイン係数はありません。
3. マルチプレクサを較正用線源に切り替えます。較正用線源を測定し、ゲイン誤差を計算します。各範囲に較正用線源があり、目的の範囲に応じて適切なソースを選択します。
4. マルチプレクサを再び入力に切り替えます。入力を測定し、オフセットを減算して、ゲインを乗算して、最終的な較正結果を求めます。
5. 手順 1 ～ 4 を繰り返します。

図 3-4 TIDA-010970 の較正手順

ADS127L21B のゲインおよびオフセット レジスタにゲイン値とオフセット値を適用するため、ADS127L21B は変換データにゲインおよびオフセット補正を自動的に適用します。オフセット レジスタの値が、変換結果から最初に減算されます。次に、ゲイン レジスタの値が、変換結果を 400000h で除算した値で乗算されます。詳細については、『ADS127L21B：512kSPS、高精度、24 ビット、広帯域デルタシグマ ADC』データシートの「キャリブレーション」セクションを参照してください。

このキャリブレーション手順は、1 サイクル中の入力を 2 回測定します。入力を 2 回測定すると、DMM は 1 回の測定ごとに入力を測定するため、サンプリング レートの 1/3 ではなく、半分のサンプリング レートで入力を測定できます。たとえば、60SPS でキャリブレーション手順を実行する DMM の実効測定レートは 30SPS です。または、DMM を 120SPS で動作させて 60SPS の測定を行います。さらに、連続的なルーチン キャリブレーションでは、正確な測定を行うために、セトリング タイムが短いマルチプレクサが必要です。